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2020年 第63卷 19期
刊出日期：2020-10-01
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专稿
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走进科研
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本期封面
2020 Vol. 63 (19): 0-0 [
摘要
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本期电子刊
1
本期电子刊
2020 Vol. 63 (19): 1-107 [
摘要
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2020 Vol. 63 (19): 6-8 [
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专稿
14
面向航空复合材料结构的激光超声无损检测技术
裘进浩，张超，季宏丽，陶翀骢
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.014
针对层合形式含曲面的航空结构大面积检测难题，基于非接触式扫描的激光超声检测技术得到了广泛的研究与关注。该技术采用脉冲式激光激励结构中的超声波，获取超声波在检测区域内的传播数据，通过分析超声波传播特征参数的变化，实现结构损伤和性能的评估。围绕使用日益广泛的航空复合材料结构，从结构脱粘损伤的识别、疲劳损伤累积的表征和疲劳剩余寿命的预测 3 个方面，介绍了激光超声检测技术的相关研究进展。首先，以层合结构为例，研究了脱粘损伤对超声波传播的影响，通过能量、波数等特征参数提取，实现了脱粘损伤成像；其次，研究了纤维增强复合材料中基体裂纹累积对超声波模态转换效应的影响规律，通过量化模态转换效应对基体裂纹密度进行表征；最后，建立了基于损伤形式的复合材料疲劳演化模型，采用贝叶斯模型平均和激光超声的波速测量，完成了剩余疲劳寿命的预测，为未来激光超声检测在航空复合材料中的应用提供了参考。
2020 Vol. 63 (19): 14-23 [
摘要
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封面文章
24
SiC
f
/SiC复合材料无损检测与评估技术进展
刘松平，刘菲菲，章清乐，李治应
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.024
随着 SiC
f
/SiC 复合材料在航空航天等领域高温热端部件中的推广应用，无损检测与评估尤为重要。由于这类复合材料具有非常特别的高温成型工艺和内部微结构及缺陷特征，需要研究采用专门的无损检测技术和缺陷评估方法。结合近年本领域的研究，分析了 SiC
f
/SiC 复合材料缺陷及其特征；回顾了 SiC
f
/SiC 复合材料无损检测与评估技术研究进展；总结了 SiC
f
/SiC 复合材料无损检测与评估面临的主要技术挑战；提出了 SiC
f
/SiC 复合材料无损检测与评估技术今后的主要发展趋势。目前的研究结果表明，高分辨率数字式 X– 射线成像和高分辨率超声 – 声发射检测或者非对称频率超声检测技术已成为 SiC
f
/SiC 复合材料非常重要的无损检测与评估方法，并已得到很好的实际检测应用效果。
2020 Vol. 63 (19): 24-30 [
摘要
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143
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论坛
34
基于弱磁技术的钛合金疲劳监测试验研究
张斌，于润桥，胡博
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.034
在复杂的载荷环境中钛合金受疲劳特性的影响，容易导致构件出现疲劳断裂。为准确预测钛合金构件疲劳寿命及保障工业安全，提出一种地磁场环境下基于弱磁测量的疲劳监测方法。在弱磁检测技术的基础上，提出了弱磁监测的力磁模型，制作标准拉伸试块，采用弱磁监测系统和疲劳试验系统进行疲劳监测试验，并测定试样疲劳前后的点阵常数。结果显示，疲劳监测过程中，弱磁信号的变化规律与材料疲劳过程相对应：疲劳初期，磁信号小幅波动增长，晶胞与晶胞之间产生滑移带；裂纹扩展时，磁信号持续较长时间的平稳跳变；最后试样断裂时，磁信号大幅度增强。在疲劳最后阶段，即瞬断区试样断裂，监测磁曲线大幅跃变增强，曲线结果和力磁模型相一致，即晶胞被压缩时，垂直方向上的磁力线的通过截面增大，磁信号增强。弱磁技术为钛合金实时监测提供了新的思路和方法，在预测金属疲劳寿命中有潜在的应用价值。
2020 Vol. 63 (19): 34-40/55 [
摘要
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113
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41
基于激光扫描的航空管件检测技术研究
王巍，金文瀚
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.041
航空管件的制造精度是影响其装配质量的重要因素之一，在管件装配之前需要对其制造精度进行检测。目前常用的检测方法是通过机械检具进行验证，但是存在精度低、效率差等缺陷。为了保证检测结果的准确性，提高管件的生产效率，提出一种高效、精确的数字化管件检测技术。利用非接触式测量方法，基于激光扫描技术获取管件表面点云数据，在检测系统中通过提取点云数据的中轴线、弯曲点和弯曲元素，与管件理论模型比较进行误差分析，进而修正折弯系数，通过将修正数据传递给折弯机生产出高质量管件。
2020 Vol. 63 (19): 41-46/72 [
摘要
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114
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47
直接能量沉积增材制造过程气孔在线监测技术的研究进展
张敏，王星程，产玉飞，陈长军
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.047
随着制造业的快速发展，增材制造技术在全球范围内越来越受到重视。增材制造在航空航天、工业机械、汽车电子等领域得到了迅速的发展和极为广泛的应用。直接能量沉积技术目前在理论上面临的最大挑战是缺乏对其背后工艺 – 显微结构 – 性能之间内在关系的深刻理解，并且在实际生产过程中缺乏有效和高性价比的在线监测过程。所以采用直接能量沉积制造的产品，其可重复性、均一性和可靠性均难以满足工业日益增加的生产要求。介绍了直接能量沉积过程中热 – 物理过程的发生机理，在总结制造过程中温度、熔池尺寸和熔池形貌变化的基础上，综述了在线监测技术在直接能量沉积增材制造过程气孔监测中的研究进展，并指出了其存在的问题和未来可能的发展方向。
2020 Vol. 63 (19): 47-55 [
摘要
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154
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56
工业机械臂多工位作业下的视觉对准技术研究
祝鸿宇，曾令斌，石世锋，叶南
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.056
为实现工业机械臂多工位作业下末端工具与工件的精确对准，提出了一种基于单目视觉的对准技术。首先利用系统标定建立起各坐标系之间的位置关系。其次，设计了一套合作靶标，将其布置在各个工位的对准目标附近，通过离线测量，获取示教对准下靶标的期望位姿，以此建立对准目标任务表。在多工位在线作业阶段，视觉系统实时识别并测量当前工位下的靶标及其位姿，依据任务表的期望位姿，获得位姿偏差，并通过系统标定建立的坐标映射，将偏差量解算为机械臂的运动数据，从而驱动机械臂末端进行位姿调整，最终实现末端工具与对准目标的精确对准。搭建了螺纹旋拧和抓手夹持多工位试验平台，同时进行了精度验证试验，结果表明测量距离约 260mm 处，位置精度在 X、Y 方向达到 0.1mm，Z 方向达到 0.2mm，角度误差优于 0.1°。
2020 Vol. 63 (19): 56-65 [
摘要
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66
基于多目标优化的微铣削表面粗糙度检测指标研究
李文琴,许金凯，于化东，张向辉，刘启蒙，于占江
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.066
针对微铣削表面形貌复杂而难以准确评价的问题，提出了一种基于三维表征的表面粗糙度检测指标。首先，在主成分分析的基础上，基于灰色关联分析方法将表征意义不同的三维表面粗糙度参数 Sa、Ssk 和 Sku 转化为单一的灰色关联度作为表面粗糙度检测指标；其次，利用响应曲面法建立灰色关联度模型，分析工艺参数对灰色关联度的影响规律；最后，获取最优工艺参数组合并进行验证。结果表明，灰色关联度模型的平均相对误差为 6.54%，拟合精度高，预测效果好，验证了模型的有效性；获取的最优工艺参数组合对应的灰色关联度提高了 15.27%，实现了表面粗糙度和表面异常特征最小化的目的，证明了检测指标的可行性。
2020 Vol. 63 (19): 66-72 [
摘要
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116
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走进科研
74
促进无损检测技术向智能化发展 ——走进北京理工大学检测与控制研究所
高端装备是工业现代化的重要标志，是国家强盛的先决条件。北京理工大学检测与控制研究所针对我国高端装备构件材料新颖化、结构复杂化和尺度大型化等带来的构件材料性能分布检测不精、复杂结构内部微小缺陷检测不准和大尺度复材构件内部缺陷检测不清等重大装备工程迫切需要解决的关键核心技术问题，在国家重大科技专项、国家自然基金重点和国防基础科研等多个项目支持下，实现了从原理方法创新到多项国家重大工程的应用，使传统超声检测跃升为智能检测。其研究成果已成功用于长征 5 号运载火箭、高速飞行器、大尺度风洞、军用大飞机、航空发动机叶片、北京大兴机场等多个国家及国防重大装备和工程的科研生产，社会经济效益显著。
2020 Vol. 63 (19): 74-75 [
摘要
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83
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研究论文
76
TA1沉头铆钉超声振动辅助铆接数值模拟研究
翟雅迪，王志亮，富芳艳，展江湖，仝鑫博，林军
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.076
随着我国航空航天、高速列车、桥梁建造等行业的发展，大量轻质高强的金属合金或复合材料被广泛应用，这就需要利用大直径高强度铆钉进行板材铆接，实现大型结构零件的有效装配连接。然而传统铆接技术存在铆钉成形困难、镦头易开裂、干涉配合难以控制等质量问题。将有助于降低金属变形抗力、改善成形性能超声振动辅助塑性加工技术引入传统压铆工艺，有望改善上述问题。利用 ABAQUS 有限元分析软件分别模拟了 TA1 沉头铆钉传统压铆和超声振动辅助铆接双层 C45 板的过程，分析了板材和铆钉的变形过程，对比了铆接力、剪应力、残余应力和干涉量等影响连接件铆接质量的因素。结果表明，超声振动辅助铆接可以明显降低铆接压铆力，减少铆钉的剪应力和残余应力，使铆接件获得均匀合理的干涉量，从而有效提高铆接质量。
2020 Vol. 63 (19): 76-84/90 [
摘要
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85
热处理对EBM Ti–4Al–5V–5Mo–6Cr–1Nb合金显微组织与拉伸性能的影响
乔虹，刘运玺，陈玮，杨洋
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.085
研究了电子束选区熔化（EBM）Ti–45561 合金的显微组织及热处理对其组织性能的影响。发现成形态材料具有沿 z 方向外延生长的 β 柱状晶，这是由于凝固过程中的温度梯度造成的，而 730℃ 的成形腔温度环境使得每一个 β 晶粒内部有针状 α 相析出。在后续热处理过程中，随着时效温度的升高与时间的延长，晶界处析出的 α 相逐渐粗化并趋向于连续分布，晶界内的次生 α 相逐渐粗化；随着固溶温度的升高，初生 α 相的数量逐渐减少。在影响 EBM Ti–45561 合金强度与塑性的热处理参数中，时效温度的影响最大，固溶温度次之，时效时间的影响最小。随着时效温度升高，材料的强度下降而塑性增加。
2020 Vol. 63 (19): 85-90 [
摘要
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91
碳纤维增强树脂基复合材料层合板的传热性能研究
邱雪琼，金熠，陈琳
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.091
随着复合材料在飞机结构中的应用增加，复合材料与金属混杂结构中的热应力问题越来越受到重视。为了分析结构中的热应力，准确的结构温度场必不可少，而材料的传热性能参数对结构温度场的分析至关重要。复合材料传热性能的各向异性，以及铺层依赖性，给传热性能测量带来不便。依据 ASTM E1461 标准，设计了不同铺层的试验件，采用闪光法测量 T800 级碳纤维增强树脂基复合材料层合板沿厚度方向和面内方向的热传导率。研究各种铺层层合板的热传导率规律，验证了复合材料层合板面内方向热传导率的热叠层理论计算公式。此研究结果可应用于碳纤维增强树脂基复合材料层合板热传导率的快速计算。
2020 Vol. 63 (19): 91-95/102 [
摘要
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96
基于适合分析T样条的曲面重构方法
鹿昱，王健，彭立华，徐龙
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2020.19.096
高精度高效率的曲面重构是先进航空制造与测量的重要步骤。B 样条与 NURBS 作为成熟的建模工具，是现在曲面重构的主要方法。然而，B 样条与 NURBS 控制网格的拓扑要求使得其对曲面进行建模时会产生很多的冗余控制顶点。近些年来新提出的 T 样条较好地解决了这个问题，其后发展出的 T 样条的子类适合分析 T 样条（ASTS）进一步优化了该样条的性质。目前，T 样条已被成功应用于曲面重构，而基于 ASTS 的曲面重构算法却亟待开发。提出了一种基于适合分析 T 样条的曲面重构方法。该方法能够通过自适应的初始 T 网格构建与高效的局部细化方法，构建出符合误差要求的 AST 样条模型。试验结果表明，在控制顶点数量相同的情况下，提出的算法能够重构出比 NURBS 更加精确的样条模型；与一般的 T 样条重构算法相比，具有更高的计算效率。
2020 Vol. 63 (19): 96-102 [
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编辑部公告
《航空制造技术》入编中国科协《航空航天领域高质量科技期刊分级目录（2023版）》
《航空制造技术》入编《中文核心期刊要目总览》2023版
《航空制造技术》入选中国科技核心期刊
《航空制造技术》入选WJCI科技期刊世界影响力指数报告（2023）来源期刊
《航空制造技术》被中国科学引文数据库(CSCD)核心库收录
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